（材料科学与工程专业论文）高强度钢板延迟断裂性能和纳米镍磁学性能的研究.pdf

上海交通大学博士后研究报告 第一部分高强度汽车用钢板延迟断裂性能 的研究 第一章延迟断裂现象 工作于特定外界环境中的材料，在低于材料屈服强度的应力下服役一段时间后可能发生 突然断裂。这种与时间、环境有关的低应力脆断被称为延迟断裂。图1 1 画出了材料、载荷、 环境的相互关系。当只有载荷与材料相互作用时，通常是材料力学和近代断裂力学所研究的 范畴；而如果没有应力参与，材料单纯与环境的作用是腐蚀学科所研究的领域。虽然金属材 料的腐蚀现象是非常复杂的，腐蚀损坏的特征也不同，可以把腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀也称为均匀腐蚀，局部腐蚀又可以分为穴状腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、 缝隙腐蚀、选择性腐蚀等，但是这些腐蚀类型在没有应力作用下，金属材料是不会发生断裂 的。 图1 1 延迟断裂定义域示意图 工程上的许多金属构件都在一定的环境中运行。这些环境除化工、石油化工种的各种酸、 碱强腐蚀性介质外，还有海水、河水、高纯水、蒸汽、海洋大气、工业大气、土壤、高温、 核辐照等。若在部件的设计中，只考虑常规力学性能或断裂力学指标，或仅仅考虑腐蚀介质 的腐蚀问题，而不考虑载荷和环境的共同作用，则必然会影响到工程上零部件的寿命问题， 对于重要的工程零部件，甚至发生灾难性的事故。例如，1 9 6 7 年1 2 月在美国东部快乐岬和 卡诺加之间的一座铁桥，在使用了4 0 年后，塌落在俄亥俄河中，使4 6 人丧生。美国国家标 准局和商业部的专家对残骸作了检查，发现受力部位出现点腐蚀孔，有的已深达3 m m 以上， 而该座桥用钢材在有缺口时的抗断裂能力又很差，致使以腐蚀孔为缺口发生延迟断裂而酿成 灾难性事故。又如，1 9 8 0 年3 月2 7 日，挪威亚历山大基兰德号钻井平台在北海大埃科菲 斯克油田作业，在八级大风掀起高达6 - 8 m 海浪反复冲击下，五根巨大桩腿中的d 号桩腿， 因六根撑管先后断裂而发生剪切断裂，1 0 ，1 0 5 吨重的平台在2 5 分钟内倾覆，使1 2 3 人遇难， 造成近海石油钻探史上一起罕见的灾难。根据挪威事故调查委员会的检查报告表明，支撑d 桩腿的d 6 主撑管首先断裂。在主撑管上曾开过一个f = 3 2 5 m m 的孔，并焊上了一个法兰， 准备安装一个为平台定位的声纳，实际上后来并未安装，开裂即由这个小小的6 r a m 法兰角 焊缝开始。裂纹在波浪载荷的反复作用下不断扩展，导致最后平台的沉没。正是腐蚀疲劳断 裂酿成了苦果。2 0 世纪8 0 年代初期，美国通用汽车公司由于安装在轿车底部控制架上的两个 1 2 9 级螺栓发生了延迟断裂前后发生了2 7 次交通事故，最终在6 4 0 万辆轿车上更换了这两种 螺栓。 上海交通大学博士后研究报告 我国在工厂上的延迟断裂现象也是非常惊人的。1 9 7 9 年某煤气公司的液化气厂的4 0 0 m 3 液化气罐因延迟断裂而引起爆炸，当场炸死3 0 余人，重伤5 0 余人，一次损失6 5 0 多万元。 某气田由于天然气中硫化氢导致开裂而造成设备突然破坏，引起天然的井喷，发生重大火灾 事故。四川铁路大桥用高强度螺钉作为大桥的紧固件，由于延迟断裂的影响螺钉陆续发生断 裂，大桥处于危险之中。 以上这些重大事故发生后的检验结果表明，金属构件的力学性能一般都能满足原来的设 计指标，所以断裂都不是由于强度的不足而引起的，而是材料在环境作用下抗断能力下降的 缘故。由于对延迟断裂的认识不足，造成的损失是严重的。近年来，延迟断裂已经被越来越 受到重视。美国、日本等发达国家几家大公司对于延迟断裂在工程中的重要性进行了充分的 调查，调查结果表明，延迟断裂现象大量的存在于各种材料中。如表1 1 所示。 表1 1 延迟断裂在构件破坏中所占的比例 对于延迟断裂现象有一条重要的规律，随着强度的增高，材料的延迟断裂敏感性增大。 近来，随着汽车轻量化的要求，生产超高强度汽车用钢板成为各大钢铁厂商追求的热点。钢 板的强度不断得到提高，从6 0 0 m p a 一8 0 0 m p a 一1 0 0 0 m p a - - * 1 0 0 0 m p a ，甚至1 8 0 0 m p a 。在 钢板强度大于1 1 8 0 m p a 后，延迟断裂敏感性显著增加。为了提高超高强度钢板的抗延迟断 裂性能，各大钢铁公司和研究机构进行了大量的研究。虽然到目前为止人们还不能完全解释 清楚延迟断裂的机理，但是普遍认为对延迟断裂性能的影响主要集中在合金元素的添加和微 结构的控制上。 j e f 钢铁公司利用w q - c a l 方法轧制了9 8 0 一1 1 8 0 m p a 的超高强度汽车用钢板，由于 w q c a l 方法自身的特点，超高的冷却率可以在轧制过程中保留下有益的合金元素，将c 的含量控制在较低的水平，从而提高了钢板的抗延迟断裂能力。 神户钢铁公司开发出一种新型钢板t r i p - a i d e d b a i n i t i c f e r r i t e ，在由贝氏体和铁素体为主 体的钢板中，存在很高的位错密度而且没有碳化物的存在，这种结构提高了钢板的抗延迟断 裂性能。为比较t b f 新型钢板和d p 钢板抗延迟断裂性能，在相同的实验条件下，对两种 钢板的进行了测试，测试环境选取了5 的h c i 溶液，所加的压强值从1 0 0 0 m p a 到2 0 0 0 m p a 。 测试的实验装置图如图1 2 所示，实验结果如表1 2 所示。t b f 的抗延迟断裂性能明显优于 d p 。 图1 2 实验装置图 2 ， 骣 一7 苗 一c 一譬苷厂 日 ， 晦v 6一目 。 f梦。 。 丫m 上海交通大学博士后研究报告 表1 2 实验结果 b 岫 i - h0 1 0血惜i m i 、) lh4 h甜h蛆h o 。0 0 3 c0 0 co c x - d 一 0 2 , c0 0 ： j j v 0 0 0 ，一 二c 一jb 。j一u 。 o o c oo o oc 0 00 0 0 o o o o o o。o0 0 00 0 0。e 0 0 0c ) 。00 0 00 0 0 o c o 0 0 000 3 0o x c ( ，0oc o x0 x x 0 0 0oo o co o c o0 0 0。00 x 。： 。o 韩国的p o h a n g 大学也对超高强度钢的延迟断裂问题进行了研究。他们在b o r o n a d d e d s t e e l 中引入的铁素体。通过对引入不同含量铁素体延迟断裂性能的测量，发现铁素体可以 明显增强超高强度钢的抗延迟断裂性能。 目前对于延迟断裂的评定方法主要有：恒载荷拉伸或弯曲方法，恒应变拉伸或弯曲方法， 断裂力学方法，慢应变速率方法。 在本项工作中，我们将采用慢应变速率拉伸方法和弯梁恒载荷方法对宝钢自行开发研制 的高强度及超高强度汽车用钢板的延迟断裂敏感性进行评价，利用扫描电镜观察断口形貌， 研究退火温度、抗拉强度和组织成分对宝山钢铁公司研制的超高强度及高强度车用钢板延迟 断裂性能的影响，从中找到规律而用于指导生产。 3 上海交通大学博士后研究报告 第二章耐延迟断裂性能的评价方法 一、评价材料 选用宝山钢铁公司为我们提供的d p 8 0 0 和t r i p 6 0 0 两种高强度汽车用钢板和 1 5 0 0 m p a 分别在2 0 0 ，2 5 0 ，3 0 0 c ，3 5 0 ，4 0 0 退火的超高强度汽车用钢板。 1 5 0 0 m p a 超高 强度钢板，d p 8 0 0 和t r i p 6 0 0 钢板的厚度分别为1 2 r a m ，1 5 m m 和1 0 m m 。 二、评价方法 高强度钢的延迟断裂受许多因素的影响，目前尚无通用的评价标准。延迟断裂的试验方 法有使用试样的，也有使用实物零件的。理想的情况是使用实物零件在实际使用环境中进行 试验，但试验周期往往很长，有时甚至需要1 0 年以上的时间。因此，在实验室评价材料的耐延 迟断裂性能往往采用加速型实验来进行相对评价。这里搞清楚加速试验和实际环境的关系是 极其重要的问题。由于实用目的不同，不同的研究者提出了各种各样的加速型试验方法 这些 方法大体上可分为以下几类： ( 1 ) 恒载荷和恒应变( 拉伸、弯曲) 试验，得到延迟断裂临界应力( f j 槛值或一定时间下的断 裂应力) 或断裂时间： ( 2 ) 慢应变速率( 拉伸) 试验( s s r t ) ，得到断裂应力和塑性参量； ( 3 ) 断裂力学试验，用预制疲劳裂纹的试样得到临界应力场强度因子k t h 或k i s c c 及裂纹 扩展速率d a d t 等断裂力学参量： ( 4 ) 发生断裂的临界氢含量等。 从应力加载方式来看，可分为恒应变( 恒位移) 、恒载荷和慢应变速率试验三种。受力方式 以弯曲应力和拉伸应力为主。试验环境则多种多样，有代表性的如室温水、n a c i 水溶液、饱 和水蒸气、温水、0 1 的h c l 水溶液、氢气、含饱和h 2 s 的o 5 醋酸水溶液、高温潮湿气 氛、w a l p o l e 缓蚀液等( 外界含氢条件) 。也有在加载前预充氢后电镀( 防止氢逃逸) ，然后再加 热或在室温放置一定时间使氢均匀分布( t q 部含氢条件) 。根据宝钢生产高强度车用钢板的具 体情况，参照国家标准( o b f r1 5 9 7 0 ) h p 国际标准( i s o7 5 3 9 ) ，我们选取了慢应变速率和弯梁 的试验方法来评价钢板的延迟断裂性能。 1 慢应变速率法 慢应变速率方法采用的是光滑、细腰的试样，在刚性较大的框架结构试验机上，试样曝 露于环境介质中，卡头以一定位移速度移动使试样发生慢应变，其应变速率在1 0 。l o 。左 右变化，在应变和介质的共同作用下直至把试样拉断。慢应变速率试验具有以下优点：试 验速度快；可以在短时间内得到延迟断裂的确实结果；可以在实际介质中试验；试验包 括了延迟断裂全过程。延迟断裂包括孕育期、裂纹扩展和断裂三个过程。但是慢应变速率试 验条件与实际条件仍然是有差别的，因为这种快速试验方法总是比实际条件更苛刻些，故应和 其它试验数据相比较，才能得出更为客观的结论 试验装置图，如图2 1 所示。样品曝露在预先设计的环境中，同时以1 1 x l 旷s 。的速率 拉伸样品。使用机器为岛津试验机s h i m a z u - a u t o g r a p h - 1 0 k n 4 上海交通大学博士后研究报告 图2 1 慢应变速率拉伸试验装置示意图 图2 2 是慢应变速率试样图纸。 图2 2 慢应变速率试样 2 弯曲加载方法 弯曲加载试验的主要特点是简单、经济、试样紧凑，不需要特殊的装置，仅利用夹具或螺 栓紧固即可获得应力。但是在使用它测定材料的延迟断裂敏感性时常常耗时太长。它通常用 于板状试样，通过二点、三点、四点或双臂弯曲达到加载的目的。我们选取三点加载方式。 实验装置示意图如图2 3 所示。 图2 3 三点弯曲加载方式示意图 三点弯曲加载试样顶端的最大应力可由式2 1 表示 6 e t y 2 可 5 上海交通大学博士后研究报告 式中卜材料的弹性模l ( m p a ) 卜一试样厚度( r a m ) 广试样最大挠度( t a r a ) 支点之间的距离( m m ) 试样在加载后将其浸入试验环境中，在固定时间间隔对其进行观察，直至试样断裂，记 录下试样断裂所需时间。 试验中使用的样品具体尺寸如图2 4 所示 、 图2 4 弯梁试验样品图纸 试验中腐蚀环境主要使用p h = 7 的自来水溶液。 根据国家标准我们制作了三点弯粱试验所需支架。为避免支架干扰实验结果，我们选取 了具有良好抗腐蚀性的3 1 6 不锈钢作为材料。夹具的具体设计图样如图2 5 所示。 氏 三、评价设备 图2 5 弯梁实验夹具设计图样 在进行高强度钢板延迟断裂敏感性评价所用的主要设备如下： 日本电子j s m - 6 4 6 0 型号扫描电子显微镜 x 射线应力测试仪 日本岛津公司a g 1 0 0 k n a 型号万能拉伸试验机 6 上海交通大学博士后研究报告 第三章 15 0 0 m p a 超高强度车用钢板延迟断裂敏感性测试 一、慢应变速率方法 按照2 2 节所述慢应变速率试验方法，在室温条件下，分别在空气、p h = 7 的自来水和 p h = 7 的5 w w o n a c l 溶液等不同环境中，以1 i x l 0 。s - 1 拉伸速率下对不同退火条件处理的超 高强度车用钢板进行了试验，为进行比较也以4 4 1 0 4 s 1 常规拉伸速率拉伸后对样品进行了 拉伸试验。断裂后，不同拉伸条件的样品照片如图3 i 所示 图3 i 断裂后样品照片 照片中，空快表示试验条件是以4 4 x i 0 。4 s 。1 常规速率在空气中拉伸样品，空慢、水慢和 盐慢分别表示以1 i x l 0 - 6 s - 1 速率在空气中、自来水中和盐水中拉伸样品。从照片中我们可以 看出，在水中和盐溶液中慢应变速率拉伸的样品表面有明显氧化。 不同试验条件下，应力应变曲线如图3 2 所示。 7 上海交通大学博士后研究报告 仍 正 苫 b 砸 正 芝 b 四正乏龟 上海交通大学博士后研究报告 图3 2 不同试验条件下拉伸样品的应力应变曲线 观察不同温度退火以样品在室温、空气中以4 4 x 1 0 4 s 。常规拉伸速率样品的应力应变曲 线，可以发现在退火温度小于4 0 0 时，曲线没有明显的屈服区，而在4 0 0 退火后出现了 屈服区，这说明经过4 0 0 退火后样品的强度特性发生了改变。通过应力应变曲线，我们可 以获得测试样品的断裂时间、抗拉强度、弹性模量等性能参数。 为了观察样品断口形貌，我们利用s e m 拍下了断口的照片，如图3 3 所示。 2 0 0 ( 2 空快样品断口全貌 9 正至，d 母乱苫，d 上海交通大学博士后研究报告 2 0 04 c 空快样品断口边缘2 0 0 ( 2 空快样品断口心部 2 0 0 空慢样品断口全貌 2 0 0 c 空慢样品断口边缘2 0 0 。c 空慢样品断口心部 2 0 0 c 水慢样品断口全貌 1 0 上海交通大学博士后研究报告 2 0 0 ( 2 水慢样品断口边缘 2 0 0 ( 2 水慢样品断口心部 2 0 0 ( 2 盐馒样品断口全貌 2 0 0 盐慢样品断口边缘2 0 0 盐慢样品断口心部 2 5 0 空快样品断口全貌 上海交通大学博士后研究报告 2 5 0 c 空快样品断口边缘2 5 0 空快样品断口心部 2 5 0 c 空慢样品断口全貌 2 5 0 c 空慢样品断【】边缘2 5 0 空慢样品断口心部 2 5 0 水慢样品断口全貌 1 2 上海交通大学博士后研究报告 2 5 0 水慢样品断口边缘2 5 0 水慢样品断口心部 2 5 0 c 盐慢样品断口全貌 2 5 0 盐慢样品断口边缘 2 5 0 c 盐慢样品断口心部 3 0 0 ( 2 空快样品断口全貌 1 3 上海交通大学博士后研究报告 3 0 0 ( 2 空快样品断口边缘3 0 0 c 空快样品断口心部 3 0 0 c 空慢样品断口全貌 3 0 0 c 空慢样品断口边缘3 0 0 空慢样品断口心部 3 0 0 c 水慢样品断口全貌 1 4 上海交通大学博士后研究报告 3 0 0 ( 2 水慢样品断口边缘3 0 0 ( 2 水慢样品断口心部 3 0 0 盐慢样品断口拿貌 3 0 0 盐慢样品断口边缘3 0 0 盐慢样品断口心部 图3 32 0 0 ( 2 - 3 0 0 ( 2 退火超高强度汽车板拉伸试样断口形貌 从断口照片可以看出，由于样品的强度高，所以断口处韧窝较少，2 0 0 退火样品几乎 没有韧窝存在，所有样品表现出解理断裂，属于脆性断裂。另外在水中和盐水中拉伸样品， 断口处氧化明显，无法观察二次裂纹的存在。 根据对慢应变速率拉伸试验的统计结果，列表3 1 如下。 在相同的试验条件下，拉伸时间越长，延伸率越大，抗拉强度越大应该说明样品的抗延 迟断裂能力越强。从而通过表中数据可以看出，除了2 5 0 退火样品在水中延迟断裂敏感性 较空气中略有升高， 1 5 0 0 m p a 超高强度汽车用钢板基本满足在盐水中的抗延迟断裂能力最 差，水中次之，空气中的抗延迟断裂能力最强的规律。这一规律是由于不同环境中氢含量不 同造成的，氢含量越多，发生延迟断裂的可能性越大。盐水中由于n a c l 作用，使溶液中较 自来水有更多的氢存在，而空气中的游离氢最少。比较表3 1 中不同退火温度下处理后的样 品试验数据，我们还找不到明显的退火温度和延迟断裂敏感性之间的变化规律，这可能是由 于拉伸时间比较短，从而材料与环境作用的时间比较短造成的，下一步应该继续降低拉伸速 率进行试验。但是比较2 0 0 和4 0 0 c 退火样品实验数据，还是可以发现4 0 0 退火样品的 1 5 上海交通大学博士后研究报告 抗延迟断裂能力明显优于2 0 0 ( 2 退火样品，这说明更高温度的退火处理可以改善超高强度汽 车用钢板的抗延迟断裂能力，这一点可以由后面的弯梁试验结果得到更好的证明。 表3 1 拉伸试验的结果 1 6 上海交通大学博士后研究报告 二、弯梁试验方法 按照2 2 节所述方法，在p h = 7 自来水的试验环境中，给样品的加载1 5 0 0 m p a 应力，选 取在2 0 0 ，2 5 0 ，3 0 0 c 和3 5 0 c 退火后1 5 0 0 m p a 宝钢超高强度钢板进行研究。实验装置 图如图3 4 所示。 图3 4 弯粱试验装置图 经过观察，2 0 0 c ，2 5 0 c ，3 0 0 和3 5 0 c 退火样品分别在2 4 h ，9 6 h ，1 2 0 h 和2 1 6 h 后 断裂。随着退火温度的增加，样品的断裂时间增加，说明样品的抗延迟断裂能力增强。 利用s e m 我们对样品的断口拍摄了照片，如图3 5 所示。 2 0 0 ( 2 退火样品断口形貌 2 5 0 退火样品断口形貌 1 7 上海交通大学博士后研究报告 3 0 0 c 退火样品断口形貌 3 5 0 3 2 退火样品断口形貌 图3 4 2 0 0 - 3 5 0 退火超高强度车用钢板弯梁试验样品断口形貌 1 8 上海交通大学博士后研究报告 第四章d p 8 0 0 高强度车用钢板延迟断裂敏感性测试 一、慢应变速率方法 采用与对 1 5 0 0 m p a 超高强度车用钢板延迟断裂敏感性的相同的测试方法，分别在空 气、水、盐水中以1 1 x 1 0 4s 4 速率对d p s 0 0 试样进行了拉伸试验，同时为进行比较在空气 中以2 o 1 0 。s - 1 速率对试样进行了拉伸试验。拉伸前后样品的照片如图4 1 所示 图4 1 d p 8 0 0 钢板拉伸前后试样照片 试样的应力应变曲线如图4 2 所示。 占 图4 2d p 8 0 0 钢板不同条件下拉伸样品应力应变曲线 1 9 毋皿至屯 上海交通大学博士后研究报告 从图4 2 可以看出常规拉伸样品的延伸率最大，以下依次是空气中慢应变拉伸，水中慢 应变速率拉伸样品和盐水中慢应变速率拉伸样品。这说明d p 8 0 0 样品在空气中也存在延迟 断裂现象，随着环境条件的不断苛刻，延迟断裂敏感性越来越大。 图4 3 示出了不同样品的断口形貌。 正常速率拉伸试样断口全貌 正常速率拉伸试样断口边缘正常速率拉伸试样断口心部 慢应变速率空气中拉伸试样断口全貌 慢应变速率空气中拉伸试样断口边缘慢应变速率空气中拉伸试样断口心部 上海交通大学博士后研究报告 慢应变速率水中拉伸试样断口全貌 慢应变速率水中拉伸试样断口边缘慢鹿变速率水中拉伸试样断口心部 慢应变速率盐水中拉伸试样断口全貌 慢应变速率盐水中拉伸试样断口边缘慢应变速率盐水中拉伸试样断口心部 图4 3 不同条件拉伸后样品的断口照片 断口形貌图更加证实了我们上面的判断，在空气中慢应变速率拉伸的样品断口处可以发 现二次裂纹的存在，这说明样品在空气环境中发生了延迟断裂。水中慢应变拉伸样品断口处 也有二次裂纹存在。对于在盐水中慢应变速率拉伸样品由于断口氧化非常严重，不易观察是 2 1 上海交通大学博士后研究报告 否有二次裂纹存在。 统计上面的试验结果，可以得出下面的表4 1 表4 1d p s 0 0 样品延迟断裂敏感性评价试验结果 二、弯梁试验方法 实验所用环境p h = 7 的自来水，采用和 1 5 0 0 m p a 超高强钢样品相同的试验装置，对 d p 8 0 0 钢板预加1 5 0 0 m p a 的应力，利用弯梁方法测试延迟断裂敏感性。 通过2 4 天的观察，试样中未发现有裂纹出现，说明d p 8 0 0 在此方法下延迟断裂敏感性 表现较弱。 上海交通大学博士后研究报告 第五章t r i p 6 0 0 高强度车用钢板延迟断裂敏感性测试 一、慢应变速率方法 对于t r y 6 0 0 高强度车用钢板同样在空气、水中和盐水中采用1 1 慢应变速率进行了拉伸 试验。拉伸后样品照片如图5 1 所示。 图51 砌6 0 0 钢板拉伸前后试样照片 应力应变曲线如图5 2 所示。 叮 正 薹 飞 图5 2t r i p 6 0 0 钢板不同条件下拉伸样品应力应变曲线 上海交通大学博士后研究报告 t r i p 6 0 0 钢板和d p 8 0 0 钢板不同，它的抗拉强度较低，而且应力应变存在明显的屈服 区。通过对断裂前后样品标距的测量，空气中慢应变速率拉伸样品的延伸率大于常规速率拉 伸样品，说明在空气中砷四6 0 0 样品延迟断裂现象并不明显。水中和盐水慢应变速率拉伸 样品延伸率明显减小，说明在水中和盐水中发生了延迟断裂。而水中慢应变拉伸样品延伸率 小于盐水中慢应变速率拉伸样品，说明t r i p 6 0 0 钢板在盐水中有更强的抗延迟断裂能力。 t r i p 6 0 0 钢板的断口形貌照片如图5 3 所示。从空气中慢应变速率拉伸样品的断口形貌 看到，断口大部分区域没有二次裂纹存在，但是在样品的心部出现了很明显的二次裂纹，这 是由于空气中短时间的作用，t r i p 6 0 0 钢板由于强度较低，没有发生延迟断裂，但是随着作 用时间的增加，还是发生了延迟断裂。而在水中和盐水中慢应变速率拉伸样品由于氧化的发 生，断口不是很清晰，对于水中拉伸样品还可以观察到二次裂纹的存在，但是要明显少于 d p 8 0 0 钢板。 正常速率拉伸试样断口全貌 正常速率拉伸试样断口边缘正常速率拉伸试样断口心部 慢应变速率空气中拉伸试样断u 全貌 上海交通大学博士后研究报告 慢应变速率空气中拉伸试样断口边缘慢应变速率空气中拉伸试样断口心部 慢应变速率水中拉伸试样断l j 全貌 慢应变速率水中拉伸试样断口边缘慢应变速率水中拉伸试样断口心部 慢应变速率盐水中拉伸试样断口全貌 上海交通大学博士后研究报告 慢应变速率盐水中拉伸试样断口边缘慢应变速率盐水中拉伸试样断口心部 图5 3 不同条件拉伸后样品的断口照片 统计上面的试验结果，可以列出下表数据。 表51t r i p 6 0 0 样品延迟断裂敏感性评价试验结果 二、弯梁试验方法 与d p 8 0 0 钢板的试验方法相同，试验所用环境为p h = 7 的自来水，对t r i p 6 0 0 钢板预 加1 5 0 0 m p a 的恒应力，利用弯梁方法测试延迟断裂敏感性。 经过2 4 天的观察，也未发现有裂纹出现，说明t r i p 6 0 0 钢板在此方法下延迟断裂敏感 性表现也较弱。 三、慢应变速率拉伸对马氏体相变的影响 由于慢应变速率拉伸较常规速率拉伸的材料变形速率慢得多，有可能在慢应变速率拉伸 过程中出现不同于常规的变化规律。在常规拉伸过程中，将出现奥氏体向马氏体转变得现象， 对此研究是一个热点，所以利用x 射线应力仪( 管压2 5 k v ，管流5 m a ) 我们对不同拉伸条 件下t r i p 6 0 0 拉伸前后的奥氏体含量进行了研究，测试结果如下表所示。 表5 1t r i p 6 0 0 样品不同速率拉伸马氏体相变情况 奥氏体含量 拉伸条件变化量延伸率 拉伸前拉伸后 空气常规速率 1 4 3 4 49 9 2 9 8 空气慢速率1 2 9 4 78 23 1 9 水中慢速率 1 4 81 0 24 61 4 9 上海交通大学博士后研究报告 从表中我们可以看到，同是空气中常规和慢应变拉伸，相变情况基本相同，而在水中残 留奥氏体却明显更多。同时从延伸率我们可以看到，水中慢应变拉伸延伸率是明显更小的。 这说明慢应变速率并没有对样品拉伸过程中奥氏体向马氏体相变起到大的作用，而是延伸率 起了主要作用，当延伸率大时，奥氏体发生相变的量就更多。 上海交通大学博士后研究报告 第六章结论 一、 1 5 0 0 m p a 超高强度汽车用钢板，由于强度较高，在空气中存在延迟断裂现象。随着 退火温度的增加，钢板的抗拉强度有所下降，但是抗延迟断裂能力增强。如果欲将 1 5 0 0 m p a 超高强度汽车用钢板投入使用，建议对其进行3 5 0 以上的退火处理，以增 强抗延迟断裂能力。 二、d p s 0 0 高强度车用钢板在空气中也存在延迟断裂现象，但是没有 1 5 0 0 m p a 超高强度 汽车用钢板敏感，在水中和5 n a c l 溶液中存在延迟断裂现象，断口处有二次裂纹存 在。 三、t r i p 6 0 0 高强度车用钢板在空气中对延迟断裂很不敏感，在水中和5 n a c l 溶液中存 在延迟断裂现象，二次裂纹较d p 8 0 0 高强度车用钢板少。 四、钢板的延迟断裂敏感性与钢板的强度有明显的关系，强度越高，钢板的延迟断裂敏感 性越大。适当的退火处理可以改善钢板的延迟断裂敏感性。 五、对于 1 5 0 0 m p a 超高强度汽车用钢板，在慢应变速率1 1 1 0 6s 。条件下，由于材料和 环境的作用时间较短，还不足以得到延迟断裂敏感性的可用结果。下一步应该降低拉 伸速率进行试验，以期获得更加令人满意的结果。 上海交通大学博士后研究报告 参考文献 1 】惠卫军，董瀚，翁宇庆高强度钢耐延迟断裂性能的评价方法，理化检验一物理分册， 2 0 0 1 ，3 7 ：2 3 1 2 】郑文龙，钢的环境敏感断裂，化学工业出版社，1 9 8 8 3 】乔利杰，王燕斌，褚武扬，应力腐蚀机理，科学出版社，1 9 9 3 【4 】4 褚武扬，断裂与环境断裂，科学出版社，2 0 0 0 【5 】p s o f r o n i s am j c r o m e e h a n i c sa p p r o a c ht ot h es t u d yo fh y d r o g e nt r a n s p o r ta n d e m b r i 砌e m e n t , e n g i n e e r i n gf r a c t u r em e c h a n i c s ，2 0 0 1 ，6 8 ：8 0 3 【6 】m n a g u m o l ，h u y a m a 2a n dm y o s h i z a w a a c c e l e r a t e df a i l u r ei nh i g hs t r e n g t hs t e e lb y a l t e r n a t i n gh y d r o g e n c h a r g i n gp o t e n t i a l s e r i p t am a t e r 2 0 0 14 4 ：9 4 7 7 】n e l i a z , a s h a c h a r , b t a la n dd e l i e z e r 洲t i c so f h y d r o g e ne m b r i t t l e m e n t ，s t r e s s c o r r o s i o n c r a c k i n g a n dt e m p e r e dm a r t e n s i t ee m b r i t t l e m e n ti n h i g h - s t r e n g t l as t l s e n g i n e e r i n gf r a c t u r ea n a l y s i s2 0 0 2 9 ：1 6 7 8 惠卫军，董瀚，翁宇庆，王毛球，时捷，c r - m o v 系高强度钢的应力腐蚀开裂行为， 材料热处理学报，2 0 0 6 2 7 ：3 7 9 a s h u r ，i e k l e i na n dj s h a r o n ，e n v i r o n m e n t a lc r a c k i n go f h i g h - s t r e n g t hs t e e l s ，m a t e r i a l s & d e s i g n ，1 9 9 5 ，1 6 ：1 9 5 1 0 b e r t r a n dh t m e a u a , j o s e m e n d e z ，e v a l u a t i o no fe n v i r o n m e n t a le f f e c t so nf a t i g u ec r a c k g r o w t hb e h a v i o n ro fah i g hs t r e n g t hs t e e li n as a l i n es o l u t i o nw i t hc a t h o d i cp r o t e c t i o n ， i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f f a t i g u e2 0 0 6 ，2 8 ：1 2 4 11 e p r o v e r b i o ，p l o n g o ，f a i l u r em e c h a n i s m so fh i g hs t r e n g t hs t e e l si nb i c a r b o n a t es o l u t i o n s u n d e ra n o d i cp o l a r i z a t i o n ，c o r r o s i o ns c i e n c e2 0 0 3 ，4 5 ：2 0 1 7 【1 2 】d y w e i ，j l g u ，h s f a n g ，b z b a la n dz g y a n g ，f a t i g u eb e h a v i o ro f1 5 0 0h l p a b a i n i t e m a r t e u s i t ed u p l e x - p h a s eh i g hs t r e n g t hs t e e l ，i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f f a t i g u e ，2 0 0 4 ，2 6 1 3 】王瑞珍，罗海文，董瀚，汽车用高强度钢板的最新研究进展，中国冶金， 1 】诵e k ， ， 一 1 5 l ，j k， ， ， ， g h 一 ， 【1 7 b ， 一 ， ， 1 8 】，j k o fh i ，l 1 9 a ，j ， ， 却o f l l i， 2 0 惠卫军，董瀚，翁宇庆，时捷，张晓中，对高强度钢的延迟断裂行为的影响，金属 学报，2 0 【2 】 ， ， 上海交通大学博士后研究报告 a n a l y s i so nh y d r o g e nd i f f u s i o na n dc o n c e n t r a t i o ni ns o l i dw i t he m i s s i o na r o u n dt h ec r a c kt i p ， e n g i n e e r i n gf r a c t u r em e c h a n i c s ，1 9 9 6 ，5 5 ：4 7 【2 2 】a p j i v k o v , n p c s t e v e n s ，t j m l r r o w , at w o - d i m e n s i o n a lm e s o s c a l em o d e lf o r i n t e r g r a n u l a rs t r e s sc o r r o s i o nc r a c kp r o p a g a t i o n ，a c t am a t e r i a l i a2 0 0 6 ，5 4 ：3 4 9 3 2 3 1 刘东雨，白秉哲，方鸿生，s i 对低和金高强度钢和超高强度钢抗延迟断裂性能的影响， 国外金属热处理，2 0 0 1 ，2 2 ：2 5 2 4 】j t o r i b i o ，a m l a n c h a , s 仃惯sc o r r o s i o nb e h a v i o u ro fh i g h - s t r e n g t hs t e e l ：d e s i g no nt h e b a s i so f t h ec r a c kg r o w t hk i n e t i c sc u r v e ，m a t e r i a l s d e s i g n ，1 9 9 5 ，1 6 ：2 8 3 2 5 】j t o r i b i o ，t h er o l eo fc r a c k 邱s t r a i nr a t ei nh y d r o g e na s s i t e dc r a c k i n g ，c o r r o s i o ns c i e n c e ， 1 9 9 7 ，3 7 ：1 6 8 7 2 6 d o n a l da w r i g h t , n e i lg a g ea n dp e t e rg b u s h e u ，v e r i f i c a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fl o w h y d r o g e ne m b r i t t l i n gz i n c - n i c k e le l e c t r o p l a t eb ys l o ws t r a i nr a t et e s t i n g ，m e t e lf i n i s h i n g ， 1 9 9 5 4 ：4 0 【2 7 】惠卫军，董瀚，王毛球，陈思联，翁字庆，钒对高强度钢耐延迟断裂性能的影响，金属熟 处理，2 0 0 2 ，2 7 ：1 1 2 8 】刘忠海，李晓军，李宪文，高强度无磁钢的应力腐蚀，兵器材料科学与工程，2 0 0 1 ，2 4 ： 1 4 【2 9 】唐荻，米振莉，陈雨来，国外新型汽车用钢的技术要求及研究开发现状，钢铁，2 0 0 5 ， 4 0 ：l 3 0 】惠卫军，董瀚，翁宇庆，耐延迟断裂高强度螺栓钢，新技术新产品，2 0 0 4 ，9 ：8 8 3 1 惠卫军，董瀚，翁宇庆，王毛球，陈思联，钛对高强度钢耐延迟断裂性能的影响，钢铁研 究学报，2 0 0 2 ，1 4 ：3 0 3 2 】m e g at e t s u y a ，h a s e g a w ak o h e i ，k a w a b eh i d e t a k a , u l t r ah i g h - s t r e n g t hs t e e l s h e e t sf o rb o d i e s 。r e i n f o r c e m e n tp a r t s ，a n ds e a tf r a m ep a r t so fa u t o m o b i l e - - u l t r a h i g h s t r e n g t hs t e e ls h e e t s l e n d i n gt og r e a ti m p r o v e m e n ti nc r a s h w o r t h i n e s s j f e t e c h n i c a lr e p o r t ，2 0 0 4 ，4 ：3 8 3 3 】m a s a h a r uj i t s u k a w aa n dy o s h i h i r oh o s o y a ，n k k ss t a t e o f - t h e - a r th a t - r o l l e dp r o d u c t s d e v e l o p e di nt h el a s td e c a d e ，n k kt e c h n i c a lr e v i e w2 0 0 3 ，8 8 ：4 6 3 4 y a s u s h is a w a d a , i r o na n ds t e e lp r o d u c t i o na n dt e c h n o l o g yi nj a p a nd u r i n g2 0 0 4 ，i s i j i n t e r n a t i o n a l ，2 0 0 5 ，4 5 ：7 7 1 3 5 j is o ok i m ，k y o n g - t a ep a r k , d u k l a kl e e ，c h o n gs o ol e e ，e f f e c to fi n t e r g r a n u l a rf e t t i t eo n h y d r o g e nd e l a y e df r a c t u r er e s i s t a n c eo fh i g hs t r e n g t hb o r o n - a d d e ds t e e l ，p o h a n gu n i v e r s i t y o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o y w e b 3 6 y o u i c h im u k a i ，t h ed e v e l o p m e n to fn e wh i g h - s 廿e n g t hs t e e ls h e e t sf o ra u t o m o b i l e s ， k o b e l c ot e c h n o l o g yr e v i e w ，2 0 0 5 ，2 6 ：2 6 3 7 w a t a r u w u r e s h i h a r a , f m i oy u s e ，t a k e n o r in a k a y a m a , y u i c h in a m i m u r a , a n dn o b u h i k o i b a r a k i ，e v a l u a t i o no fh i g hs t r e n g t hs t e e l sd e l a y e df i a c t u r e s 谢ms s r t ，k o b es t e e le n g r e p t 2 0 0 5 ，5 5 ：2 【3 8 】康永林，汽车板的研究开发现状及发展趋势，鞍钢技术2 0 0 3 ，6 ：1 【3 9 】胡巧珍，王凤兰，高强度钢板在汽车上的应用，中国科技信息，2 0 0 5 ，1 8 ：6 8 【4 0 】王利，冷轧t r i p 钢组织和性能研究及其产业化，上海交通大学博士论文，2 0 0 6 【4 1 朱文英，汽车轻量化与高强度钢板的开发进展，上海金属，2 0 0 3 ，2 5 ：l l 4 2 许珞萍，邵光杰，李麟，张恒华，汽车轻量化用金属材料及其发展动态，上海金属，2 0 0 2 ， 2 4 ：1 上海交通大学博士后研究报告 【4 3 】王利，朱晓东，张丕军，陆匠心，汽车轻量化与先进的高强度钢板，宝钢技术，2 0 0 3 ，5 5 3 【4 4 】g b r - 1 9 9 5 ：金属和合金的应力腐蚀试验试验方法总则 4 5 g b f f1 5 9 7 0 7 2 0 0 0 ：金属和合金的应力腐蚀试验慢应变速率试验 4 6 1g b f r1 5 9 7 0 4 - 2 0 0 0 ：金属和合金的应力腐蚀试验单轴加载试验 4 7 】g b t1 5 9 7 0 2 2 0 0 0 ：金属和合金的应力腐蚀试验弯梁试样的制备和应用 4 8 g b t1 0 1 2 6 - 2 0 0 2 ：f e - c r - n i 合金在高温水中应力腐蚀试验方法 3 l 上海交通大学博士后研究报告 第二部分电沉积纳米镍磁学性质的研究 第一章纳米磁性材料 纳米磁性材料除了在物理、化学方面具有纳米材料的介观特性外，还具有其特殊的磁性 能介观磁性。物质的磁性与材料的结构密切相关。磁性主要来源于电子，而且电子间的 相互交换积分作用对于近邻电子的距离和对称性非常敏感，所以随着晶粒的纳米化产生了很 多奇特的性能，主要有：量子尺度效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺 度效应，特异的表面效应等，因而近十多年来对纳米磁性材料的研究非常活跃，成为应用磁 学领域研究开发的一大热点。 已知纳米微粒的主要磁特性可以归纳如下 ( 1 ) 超顺磁性 纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，例如a f e ，f e 3 0 4 和a f e 2 0 3 粒径分 别为5 r i m 、1 6 r i m 和2 0 r i m 时变成顺磁体。 超顺磁状态的起源可归为以下原因：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相 比拟时，磁化方向就不再同定在一个易磁化方向易磁化方向作无规律的变化，结果导致超 顺磁性的出现。不同种类